Биологически активные органические соединения

двух стереоизомеров, а в условиях in vivo c участием фермента только один L( + ) стереоизомер.

фермент

СН3 - С(О) –СООН + НАДН + Н + <————> СН –СН ( ОН ) – СООН + НАД+

Кето-енольная таутомерия пировиноградной кислоты изучена в теме «Изомерия». Напомним биологическую роль фосфоенолпируватамакроэргической соединения, который образуется в процессе гликолиза.

СН 2= С - СООН | ←ьгияс яаксеоигк оркам ОРО3 Н2

Реакция карбоксилирования in vivo с участием СНкислотного центра( аналогична реакции карбоксилирования уксусной кислоты)

фермент

СО 2 + СН3 - С(О) –СООН ————> НООС – СН2 –С (О ) -СООН

щавелевоуксусная кислота

Пировиноградная кислота образуется в клетках растений , животных и человека при обмене глюкозы в процессе гликолиза и из аминокислоты аланина и является одним из важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ.

Из пировиноградной кислоты in vivo вновь могут образоваться глюкоза и аминокислота аланин

Молочная кислота

2-гидроксипропановая кислота (молочная, лактат) - важнейший природный метаболит,

образуется из углеводов (глюкозы, крахмала, гликогена) в условиях анаэробного обмена (в отсутствии кислорода).

Содержит асимметрический (*) атом углерода, существует в виде двух изомеров: L- лактата и D –лактата.

Впервые открыта химиком Шееле в кислом молоке. D –лактат образуется в мышцах и других органах человека и животных в процессе анаэробного превращения глюкозы ( анаэробного гликолиза)

Напоминаем, что физические свойства энантиомеров одинаковы( Т0 плавл. = 26 -280) Отличия только в знаке вращения плоскополяризованного луча. Обратите внимание, что в данном случае изомер L – ряда является правовращающим, а D – ряда – левовращающим. Соли молочной кислоты носят название лактаты, в медицине молочную

51

кислоту используют для пилинга, для оценки функции печени. В пищевой промышленности ее добавляют к сокам, эссенциям.

В биохимических реакциях важную роль играет обратимая реакция окисления молочной кислоты в пировиноградную, которая протекает в печени, миокарде и других органах и тканях организма в присутствии кислорода.

Кетоновые тела

Два биоактивных соединения в норме входят в понятие физиологические кетоновые тела: 3-гидроксибутановая кислота (ß -гидроксимасляная), 3- оксобутановая (ацетоуксусная), которые образуются при нарушении обмена глюкозы (инсулинзависимом сахарном диабете, голодании). Третье кетоновое тело ацетон свидетельствует о развитии патологических процессов.

3-гидроксибутановая кислота (ß-оксимасляная) – образуется в связанном состоянии с белком-ферментом в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот, L – стереоизомер образуется в печени и в свободном виде выделяется в кровь, поступает в мышцы и выполняет энергетические функции, участвуя в реакциях цикла Кребса. Эта биологическая функция обозначается как «кетоновое тел».

протекания обмена веществ :

-реакция окисления ( образуется 3 –оксобутановая кислота)

-реакция дегидратации ( образуется 2-бутеновая – кротоноваякислота )

Окисление фермент

СН3 – СН –СН 2- СООН + НАД + < —————> СН3 – С –СН 2- СООН + НАДН + Н+

52

Гидрофобность означает неспособность к растворению в воде (применяют также равноценный термин липофильность). При смешении с водой образуют эмульсии с различной степенью устойчивости. Все липиды совместимы (растворимы) между собой.

Классификация липидов имеет свои особенности: в отличие от других классов, где используется признак сходства строения и состава ( гомологические ряды) или тип функциональной группы, в основу классификации липидов положено физикохимическое свойство при условии, что эти вещества имеют природное происхождение или являются их аналогами или производными. Чтобы данное положение стало понятно, приведем пример: бензол или алканы обладают выраженными гидрофобными свойствами, но они не относится к классу липидов.

4.1 Классификация липидов

ЛИПИДЫ подразделяют на

-простые (ТГ, воска)

-сложные (фосфолипиды, сфинголипиды, липопротеины (ЛП), гликолипиды)

-стероиды (и их производные)

-изопреноиды (витамин А, каротин, ликопин , терпены)

-группа прочих (диацилглицерины,. высшие карбоновые кислоты и т.д.)

Влитературе встречается принцип разделения липидов на две группы «омыляемые и неомыляемые». Он неудобен с точки зрения принятой в биоорганической химии классификации, т.к. распределяет соединения одного класса в разные группы (например, холестериннеомыляемый, а эфиры холестеринаомыляемые). Используется в биохимии в том случае, когда речь идет о переваривании или гидролизе отдельных представителей липидов. Понятно, что омыляемые липиды подвергаются щелочному или кислотному гидролизу, а неомыляемые - не подвергаются.

4.2Основные представители липидов

4.2.1Природные высшие карбоновые кислоты

Без знания строения, свойств высших карбоновых кислот невозможно изучение липидов, поскольку карбоновые кислоты встречаются в составе почти всех представителей липидов (воска, триглицериды, фосфолипиды, эфиры холестерина и т.д.) и во многом определяют их физико-хические свойства.

Природные высшие карбоновые кислоты разделяют на две группы: насыщенные и ненасыщенные.

Особенности строения высших карбоновых кислот организма человека: содержат в преобладающем своем большинстве четное число атомов углерода больше 12 (наиболее распространены С-16, С-18, С-20). «Четность» числа атомов связана с их происхождением: высшие карбоновые кислоты в организме человека синтезируются соединением активной формы уксусной кислоты ацетилКоА (АцКоА), в составе которой два атома углерода . Процесс синтеза in vivo изучается в курсе биохимии.

Наиболее распространенными насыщенными кислотами организма человека являются пальмитиновая кислота С15Н31СООН и стеариновая кислота С17Н35СООН ( stear – греч- сало ). Это твердые жирные на ощупь кристаллические вещества, плавятся при температуре 50 -600С , по внешнему виду напоминают растертый парафин.

54

Ненасыщенные кислоты с биологических позиций разделяют на две группы –

- заменимые (мононенасыщенные - олеиновая, пальмитолеиновая), которые синтезируются в организме человека

- полиненасыщенные незаменимые, которые в организме человека не синтезируются и должны обязательно поступать с продуктами питания. . К ним относятся линолевая,

линоленовая, арахидоновая, их совместно называют витамин F (fat – жир).

Кислота состава С17Н33СООН содержит одну двойную связь между 9,10 атомами углерода и существует в виде 2 изомеров: цис-изомер носит название олеиновая кислота, транс-изомер –элаидиновая кислота.

10 9

СН3 -(СН2 )7 - СН==СН- ( СН2 )7 -СООН

Олеиновая Жидкая, цис-форма.

Формула линолевой кислоты С17 Н 31 СООН. Содержит две двойные связи цисстроения между атомами 9,10 и 12,13.

Принято обозначение: указывают общее число атомов углерода в молекуле кислоты, количество двойных связей, места положения двойных связей.

Например, линолевая - 18 : 2: 9, 12.

Линоленовая кислота С17 Н 29 СООН - 18 : 3: 9, 12, 15 Арахидоновая кислота С19 Н 31 СООН - 20 : 4: 5, 8, 11, 14

В рецептуре биодобавок принято для обозначения ненасыщенных кислот указывать расположение последней двойной связи от конца молекулы : линолевая кислота обозначается как ω - 6 (омега-6), линоленовая как ω - 3.

Имеется отличие физических свойств транс - и цисненасыщенных кислот . Цисненасыщенные кислотыжидкие, транс-ненасыщенные кислотытвердые.

Природные ненасыщенные высшие карбоновые кислоты имеют цис - строение

Все незаменимые кислоты – полиненасыщенные, жидкие при комнатной температуре, напоминают по внешнему виду густое растительное масло

Линолевая кислота. Обозначения: (18:2: 9, 12), ∆9,12 ω 6

55

C19H31 COOH

Арахидоновая кислота

(20 : 4 : 5:8:11:14) ω-6

.

Условием перехода менее устойчивой цис-формы в более устойчивый транс-изомер является действие свободных радикалов: кислорода, оксида азота NO, ультрафиолетового или ионизирующего излучения. Переход транс-формы в цисбез химической реакции невозможен.

Изомеризация ненасыщенных кислот носит название элаидинизация (по элаидиновой кислоте, которая образуется из природной олеиновой).

Превращение цис-ненасыщенных кислот в транс-форму в биологических условиях является для клетки патологическим процессом: изменяется агрегатное состояние, что влечет за собой изменение свойств соединений и структур, в составе которых есть ненасыщенные кислоты, например, триглицеридов в жировых клетках адипоцитах, фосфолипидов и мембраны клеток.

Углеводородные остатки насыщенных и ненасыщенных высших кислот (их часто называют «хвосты») имеют различное пространственное строение и расположение. «Хвосты» насыщенных кислот вытянуты в длину, валентные углы связей равны 109028’, вокруг них возможно свободное вращение. У ненасыщенных кислот в местах расположения двойных связей валентные углы равны 1200, свободное вращение отсутствует. Возникают переломы цепи «кинки», цепь укорачивается и изменяет пространственное направление. ( kink – англ- перекручивание, петля).

Химические свойства высших карбоновых кислот, которые имеют важное значение в биохимических процессах::

-образование растворимых солей (мыла) ,

-образование сложных эфиров и тиоэфиров.

56

- реакции дегидрирования/гидрирования в радикале (взаимное превращение насыщенной в ненасыщенной, и наоборот)

1. Образование соли

С17Н35СООН + NаОН = С17Н35СООNа + Н2 О ( соль стеарат натрия)

Соли карбоновых кислот образуются в просвете 12-перстной кишки при гидролизе триглицеридов в процессе переваривания. Растворимые натриевые и калиевые соли обладают поверхностноактивным действием (относятся к ПАВповерхностноактивным веществам. В кишечнике они способствуют эмульгированию жиров, но при действии на мембраны клеток вызывают снижение поверхностного натяжения и разрушение, «размывание», мембран (являются детергентами). Соли кальция и магния не растворимы в воде, их образование в процессе пищеварения препятствует всасыванию нужных организму ионов кальция и магния.

NB! Поэтому лекарственные препараты, содержащие эти ионы, не рекомендуют принимать во время или вскоре после еды, если в ней содержались в большом количестве пищевые липиды.

2.Образование сложного эфира (in vitro реакция проходит при нагревании в присутствии катализатора серной кислоты , обратима )

Если спирт относится к высшим и содержит более 16 атомов углерода, то сложный эфир является воском.

3. Тиоэфиры

Особую биологическую роль играют тиоэфиры: ацил КоА и ацетилКоА. В клетке высшие карбоновые кислоты всегда превращаются в тиоэфиры - активные формы карбоновых кислот. В синтезе триглицеридов, фосфолипидов, эфиров холестерина участвуют активные формы высших кислот - АцилКоА.

Образование тиоэфира (с участием катализатора белка-фермента) происходит в цитоплазме клеток.

С17Н35СООН + НSКоА + АТФ ——> С17Н35СОSКоА + Н2 О + АМФ + Н4 Р2О7 ацилкоэнзим А – тиоэфир

АМФаденозинмонофосфатнуклеотид

4. Дегидрирование насыщенной кислоты в активной форме с участием фермента.

Схема реакции:

С17Н35СОSКоА + НАДФН + Н+ + О2 ——> С17Н33СОSКоА + 2 Н2О +НАДФ+

57

В организме человека дегидрируются две кислоты: пальмитиновая и стеариновая. В обоих случаях в молекуле образуется только одна двойная связь, которая располагается всегда между 9,10 атомами углерода.

4.2.2 Триацилглицерины (триглицериды)

Триглицериды (ТГ) - сложные эфиры, образованные глицерином и тремя высшими карбоновыми кислотами.

Имеют различное биологическое происхождение (растительные, животные) и отличия в физических свойствахтвердые , жидкие и полужидкие, что зависит от содержания в них насыщенных и ненасыщенных высших жирных кислот.

ТГ, в составе которых находятся насыщенные кислоты – твердые (их называют жиром), ненасыщенные кислоты – жидкие. Жидкие ТГ называют маслами. Жиры человека – полужидкие, в их составе – насыщенные и ненасыщенные кислоты.

ТГ занимают внутреннее пространство клетки жировой тканиадипоцита- в виде жировой капли. Состав ТГ организма животных и человека зависит от места расположения жировой ткани.

Жиры организма человека относятся к оптически активным соединениям и имеют L- конфигурацию,

L- триглицерид( триацилглицерин) –

содержит три различных высших жирных кислоты.

Номенклатура: В названии триглицерида перечисляют входящие в его состав ацильные остатки жирных кислот в порядке записи в структурной формуле (положения

1, 2, 3)

1 СН2 – О- СО – С 17 Н35

|

С 17 Н33 -CО -О - 2СН

|

3 СН2 - О – СО - С 15 Н31

1-стеароил - 2- олео- 3 – пальмитоилглицерин( или 1-стеароил - 2- олео- 3 –

пальмитин. От названия глицерин сохраняется ин

58

Если в составе ТГ присутствуют три одинаковые кислоты, например, пальмитиновые, то название звучит так: трипальмитин.

Триглицериды в организме человека выполняют защитные, запасные и энергетические функции. Усвоение ТГ пищи и использование тканевых ТГ для энергетических целей начинается с их гидролиза под действием ферментов липаз. Реакция проходит в слабощелочной среде. Фактически - это реакция омыления, в процессе гидролиза образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот

триглицеридов и фосфолипидов. Ее состав подчиняется определенному порядку, который сохраняется и в фосфолипиде: в положении 1 находится насыщенная кислота, в положении 2 – ненасыщенная.

L –Фосфатидовая кислота (фосфатидная кислота)

Фосфолипиды (ФЛ) относятся к сложным липидам и являются главными компонентами мембран клеток, в которых образуют липидные бислои. В составе ФЛ присутствуют спирты: аминоэтанол, холин, аминокислоты серин, треонин, многоатомный циклический спирт инозит (инозитол).

В структуре ФЛ выделяют две части: полярную (гидрофильную) и неполярную (гидрофобную). Присутствие двух с противоположными физико-химическими свойствами участков носит название- амфифильность. Остаток фосфорной кислоты всегда ионизирован.

ФЛ обладают свойствами ПАВ, хорошо образуют пленочные слои на разделе двух фаз, являются активными эмульгаторами, легко образуют комплексы с белками. Эти комплексы носят название липопротеины(ЛП). Если в составе ФЛ присутствует арахидоновая кислота, то такой фосфолипид , находясь в мембране клетки, принимает участие в образовании внутриклеточных регуляторов: простагландинов, тромбоксанов,

59

которые образуются из арахидоновой кислоты.

Фосфолипид, содержащий спирт инозитол – фосфатидилинозитолдифосфат – принимает участие в регуляции обмена кальция между клеткой и внеклеточным пространством.

Главные представители ФЛ - кефалин и лецитин.

В составе кефалина присутствует спирт аминоэтанол (другое его название коламин) , в составе лецитинаспирт холин. Доля лецитина составляет около 70 %, а доля кефалина около 20% от общего количества фосфолипидов организма. Фосфолипидный состав мембран зависит от вида клеток.

лецитин

кефалин

Остатки фосфорной кислоты всегда ионизированы (фосфорная кислота в организме самая сильная), а на атоме азота в холине всегда положительный заряд. Образуется биполярный гидрофильный участок.

ФЛ синтезируются в организме человека.

4.2. 4 Холестерин( холестерол) и его производные

Холестерин С27Н60 О - жемчужные пластинки, жирные на ощупь, не растворимые в воде – относится к группе химических веществ «стеринов»

Стерины (стеролы) – производные циклопентанпергидрофенантрена, содержащие гидроксигруппы (термин «пергидро» означаетполностью гидрированный). Сложная циклическая система образована 4 конденсированными циклами, условно их можно подразделить на 2 структурные части: на цикл фенантрена и циклопентана Стерины распространены в природе, синтезируются растениями (эргостерины, стигмастерины) и животными (холестерин). В организме человека также происходит синтез холестерина..

Вмолекуле холестерина три шестичленных цикла находятся в конформации « кресло».

Вцикле А в положении 3 находится гидроксигруппа, в цикле В в положениях 5,6 присутствует двойная связь.

60